(57)【要約】【課題】  ブラシ付きの直流電動機を用いる電動四駆車両に対して、ブラシ寿命を長くできる４輪駆動車制御装置を提供することにある。【解決手段】  主駆動輪をエンジン２０にて駆動し、従動輪をブラシ付きの直流電動機３０で駆動する。４ＷＤＣ／Ｕ６０は、ブラシに発生する火花の号数を制御するため、直流電動機３０にトルクを発生させる際、直流電動機３０の電機子電流を電動機回転数により決められる電動機電機子電流の火花限界制限値以下に制限する。【選択図】図１
2006166521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主駆動輪を主駆動源にて駆動し、従動輪をブラシ付きの直流電動機で駆動する４輪駆動車制御装置であって、
ブラシに発生する火花の号数を制御する火花号数制御手段を備えたことを特徴とした４輪駆動車制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の４輪駆動車制御装置において、
前記火花号数制御手段は、前記直流電動機の逆転時に、さらに、ブラシに発生する火花の号数を制御することを特徴とした４輪駆動車制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の４輪駆動車制御装置において、
前記火花号数制御手段は、前記直流電動機の低界磁制御時に、さらに、ブラシに発生する火花の号数を制御することを特徴とした４輪駆動車制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の４輪駆動車制御装置において、
前記火花号数制御手段は、前記直流電動機のロールバック時に、さらに、ブラシに発生する火花の号数を制御することを特徴とした４輪駆動車制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の４輪駆動車制御装置において、
前記火花号数制御手段は、ブラシに発生する火花の号数を４号以下に制御することを特徴とした４輪駆動車制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の４輪駆動車制御装置において、
前記火花号数制御手段は、前記直流電動機にトルクを発生させる際、直流電動機の電機子電流を電動機回転数により決められる電動機電機子電流の火花限界制限値以下に制限することを特徴とする４輪駆動車制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の４輪駆動車制御装置において、
前記直流電動機は、巻線界磁形で構成され、
前記火花号数制御手段は、前記直流電動機にトルクを発生させる際、その界磁電流が低い場合、直流電動機の電機子電流を電動機の回転数と界磁電流の値により決められる電動機電機子電流の火花限界制限値以下に制限することを特徴とする４輪駆動車制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の４輪駆動車制御装置において、
前記直流電動機のブラシは遅れ側にシフトする構成であり、
前記火花号数制御手段は、前記直流電動機が逆転側に回転している際、直流電動機の電機子電流を電動機の回転数と界磁電流の値により決められる電動機電機子電流の火花限界制限値以下に制限することを特徴とする４輪駆動車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主駆動輪を主駆動源にて駆動し、従動輪を電動機で駆動する４輪駆動車制御装置に係り、特に、従動輪をブラシ付きの直流電動機で駆動する４輪駆動車に用いるに好適な４輪駆動車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の４輪駆動車制御装置として、例えば、特開２０００−９４９７９号公報に記載のように、主駆動輪を主駆動源で駆動し、従動輪を電動機によって駆動する電動四駆車両が知られる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９４９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動四駆車両の制御においては、電動機としては、３相交流電動機を用いるものと、ブラシ付きの直流電動機を用いるものが知られている。しかしながら、ブラシ付きの直流電動機を用いる場合には、ブラシに発生する火花に対して特に考慮されておらず、電動機制御中に過大な電流が流れることで、ブラシに過大な号数の火花が発生し、ブラシの寿命が減少するという恐れがあった。
【０００５】
本発明の目的は、ブラシ付きの直流電動機を用いる電動四駆車両に対して、ブラシ寿命を長くできる４輪駆動車制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、主駆動輪を主駆動源にて駆動し、従動輪をブラシ付きの直流電動機で駆動する４輪駆動車制御装置であって、ブラシに発生する火花の号数を制御する火花号数制御手段を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、ブラシ付きの直流電動機を用いる電動四駆車両に対して、ブラシ寿命を長くできるものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記火花号数制御手段は、前記直流電動機の逆転時に、さらに、ブラシに発生する火花の号数を制御するようにしたものである。
【０００８】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記火花号数制御手段は、前記直流電動機の低界磁制御時に、さらに、ブラシに発生する火花の号数を制御するようにしたものである。
【０００９】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記火花号数制御手段は、前記直流電動機のロールバック時に、さらに、ブラシに発生する火花の号数を制御するようにしたものである。
【００１０】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記火花号数制御手段は、ブラシに発生する火花の号数を４号以下に制御するようにしたものである。
【００１１】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記火花号数制御手段は、前記直流電動機にトルクを発生させる際、直流電動機の電機子電流を電動機回転数により決められる電動機電機子電流の火花限界制限値以下に制限するようにしたものである。
【００１２】
（７）上記（１）において、好ましくは、前記直流電動機は、巻線界磁形で構成され、前記火花号数制御手段は、前記直流電動機にトルクを発生させる際、その界磁電流が低い場合、直流電動機の電機子電流を電動機の回転数と界磁電流の値により決められる電動機電機子電流の火花限界制限値以下に制限するようにしたものである。
【００１３】
（８）上記（１）において、好ましくは、前記直流電動機のブラシは遅れ側にシフトする構成であり、前記火花号数制御手段は、前記直流電動機が逆転側に回転している際、直流電動機の電機子電流を電動機の回転数と界磁電流の値により決められる電動機電機子電流の火花限界制限値以下に制限するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ブラシ付きの直流電動機を用いる電動四駆車両に対して、ブラシ寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１〜図２０を用いて、本発明の一実施形態による車両駆動装置の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による４輪駆動車制御装置を用いる４輪駆動車両の全体構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による車両駆動装置を用いる４輪駆動車両の全体構成を示すシステム構成図である。なお、細い線が低電圧系（例えば１２Ｖ系）、太い線が高電圧系（例えば４２Ｖ系）、点線がセンサ系の配線を示している。また、以下の図において、同一符号は、同一部分を示している。
【００１６】
４輪駆動車両１０は、エンジン２０及び電動機３０を備えている。エンジン２０の駆動力は、トランスミッション２２及び第１の車軸２４Ａ，２４Ｂを介して、例えば、前輪２６Ａ，２６Ｂに伝達され、前輪２６Ａ，２６Ｂを駆動する。電動機３０の駆動力は、電磁クラッチ３２，デフユニット３３及び第２の車軸３４Ａ，３４Ｂを介して、例えば、後輪３６Ａ，３６Ｂに伝達され、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。
【００１７】
電磁クラッチ３２により電動機３０とデフユニット３３が連結されると、電動機３０の回転力は、電磁クラッチ３２，デフユニット３３を介して後輪軸３４Ａ，３４Ｂに伝えられ、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。電磁クラッチ３２は、電磁クラッチ巻線３５（図６）に流れる電流値により制御できる。電磁クラッチ３２が外れると、電動機３０は後輪３６Ａ，３６Ｂ側から機械的に切り離され、後輪３６Ａ，３６Ｂは駆動力を路面に伝えなくなる。
【００１８】
なお、以上の説明では、前輪２６Ａ，２６Ｂをエンジン２０で駆動し、後輪３６Ａ，３６Ｂを電動機３０で駆動する４輪駆動車両として説明しているが、前輪を電動機で駆動し、後輪をエンジンで駆動するようにしてもよいものであり、また、トラックのような６輪以上の車両、トレーラのような、牽引車両にも適用可能である。
【００１９】
エンジンルーム内には、通常の充電発電システムを行う補機用発電機（ＡＬＴ１）４０及び補機バッテリー４２を含む電源４９（図２）が配置され、エンジン２０によって駆動される補機用発電機４０の出力が補機バッテリー４２に蓄電される。
【００２０】
また、補機用発電機４０の近傍には、エンジン２０によりベルト駆動される駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）４４が配設されている。駆動用高出力発電機４４には、図２にて後述するように、電機子巻線４５と、ダイオード４６Ａ，４６Ｂと、駆動用高出力発電機界磁巻線４７と、界磁巻線電圧調整器４８とが組み込まれている。
【００２１】
駆動用高出力発電機４４の出力によって電動機３０が駆動される。駆動用高出力発電機４４の出力は、ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）７０を介して電動機３０補機用に供給される。ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）７０の構成は、図３を用いて後述する。発電機４０は、例えば、１２Ｖ，２ｋＷ程度の一般的な発電機であり、駆動用高出力発電機４４は、補機用発電機４０に比べて高出力が得られる発電機であり、例えば、４２Ｖ，６ｋＷ程度の発電機である。
【００２２】
エンジン２０の出力は、エンジンコントロールユニット（ＥＣ／Ｕ）５０からの指令により駆動される，例えば、電子制御スロットル５２により制御される。電子制御スロットル５２には、スロットル開度センサ５４が設けられており、スロットル開度を検出する。なお、電子制御スロットルの代わりにメカリンクのアクセルペダル及びスロットルを用いる場合には、アクセルペダルに位置センサ等を設けることでアクセル開度を検出でき、そのアクセル開度よりスロットル開度を推定できる。
【００２３】
また、ＥＣ／Ｕ５０は、トランスミッション２２を制御する。トランスミッション２２は、オートマチックトランスミッションであり、セレクトレバー２３によって選択されたギヤ比となるように自動制御される。セレクトレバー２３のポジションは、ギヤ位置検出センサ２５によって検出される。なお、トランスミッション２２としては、Automatic Transmission(AT)、Manual Transmission （ＭＴ）または、Continuously Variable Transmission（ＣＶＴ）を用いるものであってもよい。
【００２４】
前輪２６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６Ａ，３６Ｂの各車輪には、回転速度及び回転方向を検出する回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂが設けられており、例えばＡＢＳコントロールユニット５５等がそれらの値を読み取り、ＣＡＮ等の通信手段でＥＣ／Ｕ５０や４ＷＤＣ／Ｕ６０へ送付する。前輪２６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６Ａ，３６Ｂの各車輪には、それぞれ、ブレーキ２８Ａ，２８Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ及びブレーキアクチュエータ２９Ａ，２９Ｂ，３９Ａ，３９Ｂが設けられている。ＡＢＳコントロールユニット５５は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂの出力に基づいて、ブレーキアクチュエータ２９Ａ，２９Ｂ，３９Ａ，３９Ｂを制御する。
【００２５】
四駆制御回路（４ＷＤＣ／Ｕ）６０は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度に基づいて車速を算出し、算出された車速に基づいて、駆動用高出力発電機４４の界磁電流及び電動機３０の界磁コイル３１に流す界磁電流を制御する。
【００２６】
次に、図２〜６を用いて、本実施形態による車両駆動装置の各構成要素について説明する。  
最初に、図２を用いて、本実施形態による車両駆動装置に用いる駆動用高出力発電機４４の構成について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる駆動用高出力発電機の構成を示す回路図である。
【００２７】
駆動用高出力発電機４４には、電機子巻線４５と、ダイオード４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ，４６Ｅ，４６Ｆ，４６Ｇ，４６Ｈと、駆動用高出力発電機界磁巻線４７と、界磁巻線電圧調整器４８とが組み込まれている。駆動用高出力発電機４４がエンジン２０により駆動されると、３つの電機子巻線４５には、１つを基準にすると、１２０度及び２４０度ずれた位相の交流が流れるが、ダイオード４６Ｃ，４６Ｄ，４６Ｅ，４６Ｆ，４６Ｇ，４６Ｈにより直流に整流されて電動機３０に出力される。また、界磁巻線４７への入力は、ダイオード４６Ａ，４６Ｂにより、電源４９と発電機電機子巻線４５の出力電圧のより高い方が自動的に選ばれる。界磁巻線電圧調整器４８は４ＷＤＣ／Ｕ６０により駆動され、界磁巻線に入力される電流を制御する。界磁巻線の電流を制御することにより、界磁電流（界磁磁束量）を変化させ、発電量を制御することができる。
【００２８】
なお、図２に示していないが、駆動用高出力発電機４４の内部に磁石を配置し、界磁の磁束を強めても良い。ただし、その場合界磁電流を流さないように制御したとしても、磁石分の磁束が残るため、発電量を０にできないものとなる。
【００２９】
次に、図３を用いて、本実施形態による車両駆動装置に用いるジャンクションボックス７０の構成について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるジャンクションボックスの構成を示す回路図である。
【００３０】
ジャンクションボックス７０は、電流センサ７１と、リレー７２とが組み込まれている。電流センサ７１は、駆動用高出力発電機４４から直流電動機３０に流れる電流を計測し、計測した電流値は４ＷＤＣ／Ｕ６０に送られる。リレー７２は、駆動用高出力発電機４４と直流電動機３０をつなぐハーネスの間に位置している。リレー７２は、４ＷＤＣ／Ｕ６０によりＯＮ、ＯＦＦを制御される。なお、リレー７２がＯＦＦとなると、駆動用高出力発電機４４と直流電動機３０は遮断されるので、駆動用高出力発電機４４の内部に磁石を配置した場合にも電動機３０に全く電流を流さないようにすることができる。
【００３１】
次に、図４を用いて、本実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機３０の構成について説明する。ここでは、直流電動機として、他励直流電動機について説明する。また、図４では、電気的な接続のみ示し、機械的な構成要素は図８を用いて後述する。  
図４は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機の構成を示す回路図である。
【００３２】
直流電動機３０は、電動機電機子巻線３７と電動機界磁巻線３１からなる。４ＷＤＣ／Ｕ６０は、電動機３０の発生トルクが要求値に適合するように電動機３０の界磁巻線３１に流す界磁電流を調整する。なお、車両を後退させる時には、正転時とは逆向きに界磁電流を流すことで、車両前進の時と同様の後退駆動力が得られる。
【００３３】
次に、図５及び図６を用いて、本実施形態による車両駆動装置に用いるデフユニット３３の構成について説明する。  
図５は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるデフユニットの構成を示す平面図である。図６は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるデフユニットの構成を示す回路図である。
【００３４】
図５に示すように、デフユニット３３には、減速ギア３３１Ａ，３３１Ｂ，３３１Ｃ，３３１Ｄと、電磁クラッチ３２と、デファレンシャルギア３２１とが組み込まれている。直流電動機３０が発生したトルクは、減速ギア３３１Ａ，３３１Ｂ，３３１Ｃ，３３１Ｄを経て増幅され、電磁クラッチ３２を通って、デファレンシャルギア３２１により左右後輪軸３６Ａ，３６Ｂに分配される。
【００３５】
図６に示すように、電磁クラッチ３２の内部には、電磁クラッチ巻線３５が備えられている。４ＷＤコントローラ６０は、電磁クラッチ巻線３５に流れる電流を制御して、電磁クラッチ３２をオン・オフし、直流電動機３０と車軸３６Ａ，Ｂとの機械的接続を遮断できる。なお、高車速領域で電磁クラッチ３２を切ることで、減速ギア３３１Ａ，３３１Ｂ，３３１Ｃ，３３１Ｄや電動機３０が連れ回るのを防ぐことができ、全車速領域で動作する４ＷＤシステムに比べ、燃費を改善できる。
【００３６】
次に、図７を用いて、本実施形態による車両駆動装置における電力供給及び制御関係の回路構成について説明する。  
図７は、本発明の一実施形態による車両駆動装置における電力供給及び制御関係の回路構成図である。
【００３７】
本発明の４輪駆動車制御装置は、駆動用高出力発電機４４と、電動機３０と、電磁クラッチ３２と、４ＷＤＣ／Ｕ６０と、電源４９とからなる。図内において、矢印付きの線が制御関係の配線であり、矢印の無いものが電力供給の配線である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００３８】
電源４９からの出力は、駆動用高出力発電機４４の界磁巻線４７及び、電動機３０の界磁巻線３１、電磁クラッチ３２の巻線へ供給される。駆動用高出力発電機４４の電機子巻線４５からの出力は、発電機４４の界磁巻線４７と電動機３０の界磁巻線３１に供給される。また、４ＷＤＣ／Ｕ６０は、駆動用高出力発電機４４、電動機３０、電磁クラッチ３２に配線され、それぞれを制御することができる。
【００３９】
電動機３０のトルクは、電動機３０の界磁電流と、電機子電流を変化させることで制御することができる。電動機３０の界磁電流は、四駆制御回路（４ＷＤＣ／Ｕ）６０により直接制御されるが、電動機３０の電機子電流は駆動用高出力発電機４４の発電量に影響されるため、駆動用高出力発電機４４の界磁電流を変化させ、発電量を調整することで制御する。
【００４０】
車両走行時に電動機３０の回転数が高くなると、電動機３０の誘起電圧が高くなるが、駆動用高出力発電機４４の誘起電圧を超えると電流が電動機３０に流れ込まなくなる。そこで、電動機３０の界磁巻線３１の界磁電流を低くすることで、発生する誘起電圧を低く抑えることで、出力電流値を確保することができ、電動機のトルクを制御できるようになる。
【００４１】
次に、図８〜図１１を用いて、本実施形態による車両駆動装置に用いるブラシ付き直流電動機における火花の発生機構について説明する。  
図８は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるブラシ付き直流電動機の概略構成を示す断面図である。図９〜図１１は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるブラシ付き直流電動機における火花の発生機構の説明図である。
【００４２】
図８において、駆動用高出力発電機４４から供給される電流は、ブラシ付きの直流電動機３０のブラシ３７１に流れ込み、整流子３７２を通って電動機電機子巻線３７に流れる。電流が流れている状態の電動機電機子巻線３７が、電動機界磁巻線３１が発生する界磁磁束と鎖交することにより、直流電動機３０にトルクが発生する。
【００４３】
図９及び図１０は、ブラシ３７１と整流子３７３，３７４，３７５の接触部分を拡大して図示している。
【００４４】
図９は、左から２番目の整流子片３７３と整流子片３７４が短絡開始する瞬間を示しており、この時点を時間ｔ＝０［ｓ］とする。その後、時間がたつと整流子片３７４のブラシ３７１に接触する面積は減少していき、最終的には完全に非接触状態となる。その非接触状態となる、図１０に示す瞬間を時間ｔ＝Ｔｃ［ｓ］とする。
【００４５】
図１１は、ブラシで短絡される整流コイルの電流を示している。ブラシで短絡される整流コイルの電流は、図１１に示すグラフのように変化する。整流子片３７４とブラシ３７１の接触面積が徐々に減少していくと、それに応じて整流子片整流子片３７３と整流子片３７４に接続されている電気子巻線の電流が＋Ｉｃから−Ｉｃに反転するが、その際インダクタンスＬの影響で電流の減少が制限される。その結果、時間ｔ＝Ｔｃ［ｓ］となり完全に非接触状態となる瞬間でも残留電流Ｉｓが残っている。
【００４６】
この残留電流Ｉｓは、ｔ＝Ｔｃ［ｓ］を過ぎた瞬間、一気に遮断されるが、その際、遮断された電流の時間変化量（ｄＩ／ｄｔ）に比例したリアクタンス電圧（＝−Ｌ・ｄＩ／ｄｔ）が生じる。ｔ＝Ｔｃ［ｓ］にて、電流が瞬断されると、非常に短い時間に電流が変化するため、電流の時間変化量（ｄＩ／ｄｔ）と、これに比例したリアクタンス電圧は非常に大きくなる。
【００４７】
ｔ＝Ｔｃ［ｓ］を少し過ぎたとき、ブラシ３７１と整流子片３７４とが非接触となるが、お互いの距離が非常に近い場合に大きなリアクタンス電圧が生じ、リアクタンス電圧が火花発生限界電圧を越えると空気の抵抗を破って通電し、これが火花となる。
【００４８】
次に、図１２を用いて、本実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機における火花の発生とブラシの寿命との関係について説明する。  
図１２は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機における火花の発生とブラシの寿命との関係の説明図である。
【００４９】
図１２は、火花の大きさ（号数）と、ブラシの摩耗の関係を示している。火花号数については、ＪＥＣ（電気規格協会）の規格番号ＪＥＣ−５４において規格化されている。火花が発生すると、ブラシが局所的に高温になり、電気摩耗が発生する。ここで、図１２に示したように、火花の大きさ（号数）が大きくなると、摩耗が増加し、ブラシ寿命が減少することになる。なお、縦軸はｌｏｇスケールである。
【００５０】
ただし、実際には、たとえ、ある号数の火花が発生したとしても、（所定の火花号数でのブラシ摩耗量）＜（直流電動機３０の運転時間を許容するブラシ摩耗量）の式が満足されれば、問題ないため、この不等式が満足される号数までの火花の発生は許容されることになる。
【００５１】
図１２では、ブラシの寿命の減少が５号火花より一気に大きくなっており、このことは、その号数より低い号数（４号以下）の火花領域で直流電動機３０を使用する必要があることを示している。また、ブラシの寿命の減少が５号火花より一気に大きくなっていることは、５号火花の領域で直流電動機３０を使用した場合、その時間がほんの少しの間だけであっても寿命が激減することも示している。
【００５２】
火花号数を減少させるには、その原因となっている残留電流を減少させなければならないが、その為には図１１のＴｃの増加もしくはＩｃの減少を行う必要がある。これはＴｃが増加すると、その分だけ電流Ｉが減少していく時間が増えるので、結果、残留電流は減少すること、また、Ｉｃが減少すれば初期の電流が減少するので、その分残留電流が減少することから判る。
【００５３】
このように火花号数を減少させるには、ＴｃもしくはＩｃの値を変更する必要があるが、Ｔｃに関しては、電動機３０の回転数が決まってしまえば変更できないため、実質制御できるのはＩｃのみである。Ｉｃは電機子３７に流れる電流であるので、駆動用高出力発電機４４と直流電動機３０の間に位置する電流センサ７１で測定される電流Ｉａの値に比例する値となる。
次に、図１３〜図２０を用いて、本実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制御方法について説明する。  
図１３は、本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制御内容を示すフローチャートである。図１４は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機における目標電機子電流値と実際の電機子電流値との関係の説明図である。図１５〜図２０は、本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制限処理の内容の説明図である。
【００５４】
図１４に示すように、ステップＳ１１において、４ＷＤＣ／Ｕ６０は、電動機電機子電流Ｉａの制御処理を開始する。
【００５５】
最初に、ステップＳ１２において、４ＷＤＣ／Ｕ６０は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された４輪の回転数から車輪速を求め、電動機３０の界磁電流や、電機子電流Ｉａを検出する。また、４ＷＤＣ／Ｕ６０は、アクセル開度や、電動機電圧などのデータもセンサより取得する。
【００５６】
次に、ステップＳ１３において、４ＷＤＣ／Ｕ６０は、ステップＳ１２で得られたデータを用いて、電機子電流目標値Ｉatを算出する。具体的には、車輪速及びアクセル開度に応じて、電動機が出力すべき目標トルクを算出する。この目標トルクに基づいて、目標トルクを出力するための電動機の界磁電流を求める。さらに、上記の目標トルクと電動機の界磁電流に基づいて、３次元マップを用いて、標準となる電機子電流目標値を算出する。さらに、本実施形態では、この標準となる電機子電流目標値に対して、火花号数が４号以下となるように電機子電流目標値に制限処理を加えるものである。なお、電機子電流目標値の制限処理の詳細については、図１５〜図２０を用いて後述する。
【００５７】
次に、ステップＳ１４において、４ＷＤＣ／Ｕ６０は、ステップＳ１３で求めた電機子電流目標値と、ステップＳ１２で取得した実際の電機子電流の差分を計算する。
【００５８】
次に、ステップＳ１５において、４ＷＤＣ／Ｕ６０は、ステップＳ１４で求めた差分に対してフィードバックの比例分Ｐ項と積分Ｉ項を計算する。その、Ｐ項とＩ項を足し合わせた結果をフィードバック項とし、その分だけ駆動用高出力発電機４４の界磁磁束を加減して、発電機４４の発電量をＰＩ制御することで、電動機の電機子電流Ｉａを制御する。
【００５９】
そして、ステップＳ１６で処理が終了すると、また、スタートに戻り、電動機３０を駆動し続ける限り、これらのステップＳ１１〜Ｓ１６の処理を繰り返す。
【００６０】
なお、上述のように、ＰＩ制御を用いると、目標値に対して高い応答性を得る為には、Ｐ項やＩ項のゲインをある程度大きくする必要がある。そのような場合に電機子電流の目標値が急激に増加すると、図１４に示すように、電機子電流Ｉａはオーバーシュートする。このことから、電機子電流の目標値Ｉａｔが、「寿命を著しく減少させる火花を発生する電流値」以下であっても、実際の電機子電流Ｉａの値はその値を越えてしまう場合があることがある。よって電機子電流の目標値Ｉａｔは、４号火花を発生する電流値よりも実際の電機子電流Ｉａのオーバーシュートを考慮した分だけ低い領域で決定する必要がある。
【００６１】
次に、図１４を用いて、本実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機における目標電機子電流値と実際の電機子電流値との関係について説明する。  
図１４に実線で示すように、電機子電流の目標値Ｉａｔが急激に増加すると、実際に流れる電機子電流Ｉａは、破線で示すように、オーバーシュートする。
【００６２】
次に、図１５〜図２０を用いて、図１３のステップｓ１３の電機子電流目標値に対する制限処理の詳細について説明する。  
最初に、図１５を用いて、通常の制御時における電機子電流目標値に対する制限処理について説明する。  
図１５は、限界火花領域の一例を示している。図において、横軸は電動機の回転数Ｎ[r/min]を示し、縦軸は電流値[A]を示している。
【００６３】
先述の通り、時間Ｔｃと電気子巻線の電流Ｉｃが火花発生原因である。電動機の回転数Ｎが大きくなると、整流子片の移動速度が上がるので、Ｔｃが小さくなる。つまり、残留電流は大きくなる方向となるため、火花の号数を一定にするには、Ｔｃが減少するのにあわせてＩｃを減少させる必要がある。Ｉｃは電機子電流Ｉａと比例の関係にあるので、電機子電流の目標値Ｉａｔを電機子３０の回転数Ｎが大きくなるにしたがい低くする必要がある。
【００６４】
図１５において、実線Ａ６が、６号火花が発生する電流値を電動機回転数との関係で示しており、実線Ａ５が、５号火花が発生する電流値を電動機回転数との関係で示しており、実線Ａ４が、４号火花が発生する電流値を電動機回転数との関係で示している。図１２にて説明したように、４号火花が発生する電流値以下に、電機子電流目標値を設定する必要がある。さらに、図１３で説明したように、オーバーシュート分を予め見込んだ値だけ、目標値を下げる必要がある。実線Ｉat１は、４号火花が発生する電流値以下で、かつオーバーシュート分を予め見込んだ値だけ低くした電機子電流目標値を示している。この電機子電流目標値Ｉat１以下に電機子電流Ｉaを制限することで、限界火花領域以下での運転を可能とし、ブラシの寿命を向上することができる。
【００６５】
次に、図１６〜図１９を用いて、弱め界磁（低界磁電流）制御時における電機子電流目標値に対する制限処理について説明する。  
直流電動機３０が巻線界磁形の場合、界磁磁束量を界磁巻線に流す電流量で制御できる。図１６及び図１７は、磁束分布の一例を示している。なお、図１６が通常界磁電流時、図１７が低界磁電流時（弱め界磁時）の磁束分布である。それぞれの図にある上側のグラフは界磁電流及び電機子電流により電機子巻線断面上に発生する磁束量を示している。また、それぞれの図にある下側のグラフは双方の電流による磁束を合成した磁束量である。
【００６６】
図１６及び図１７の合成磁束のグラフを見ると、通常の界磁電流時よりも低界磁電流時の方が電気的中性軸の移動量が大きいことがわかる。
【００６７】
図１８は、図１１と同様に、ブラシで短絡される整流コイルの電流を示している。ここで、実線Ｘ１は図１１と同様に、通常時の整流コイルの電流を示しており、破線Ｘ２は弱め界磁時の整流コイルの電流を示している。
【００６８】
図１７で説明したように、電動機の場合、電気的中性軸がブラシの回転方向に対して逆方向に移動すると、図１８に破線Ｘ２で示すように、残留電流Ｉswは大きくなるので、通常の界磁電流時よりも低界磁電流時の方が火花も大きくなる。
【００６９】
そこで、図１９に示すように、低界磁電流時には、実線Ｉat1で示す通常界磁時限界火花領域よりも低い低界磁時限界火花領域に、電機子電流目標値Ｉat２を設定する。このことより、発生する火花の号数を４号火花以下に制御でき、ブラシの寿命を確保することができる。なお、界磁電流が低ければ低いほど、整流コイルに流れる電流の減少の遅れは大きくなるので、界磁電流の値に応じて、界磁電流が低くなるにつれて、電機子電流目標値Ｉat２を下げるようにする。
【００７０】
次に、図１６及び図２０を用いて、逆転時及びロールバック時における電機子電流目標値に対する制限処理について説明する。  
図１６の説明では、残留電流が生じる原因は、整流コイルのインダクタンスＬと述べたが、この他にも残留電流が生じる原因は存在する。図１６を見ると、界磁コイルに対して±９０°の位置にブラシにより短絡される電機子巻線が存在しているが、その位置は合成磁束の値が０となる電気的中性軸上ではないため、合成磁束量と電機子の回転数に応じた誘起電圧を発生し、この誘起電圧がブラシにより短絡される電機子巻線に電流を流すことで、残留電流が生じることになる。これを防ぐために、直流電動機の設計時には、ブラシにより短絡される電機子巻線の位置が電気的中性軸上にくるよう、ブラシを電機子が通常回転する方向（正転側）に対し反対側にシフトさせることがよく行われる。
【００７１】
電動機３０をこのように構成した場合、電動機３０が正転側に回っている場合は残留電流が減ることになるが、バック時など通常とは逆方向に電動機が回転する場合（電動機が逆転する場合）は、ブラシをシフトしたことにより逆に合成磁束が高くなるため、残留電流が大きくなる。
【００７２】
そこで、図２０に示すように、逆転時には、実線Ｉat1で示す通常界磁時限界火花領域よりも低い限界火花領域に、電機子電流目標値Ｉat３を設定する。このことより、発生する火花の号数を４号火花以下に制御でき、ブラシの寿命を確保することができる。
【００７３】
なお、上記の説明では、オーバシュートの原因はＰＩのゲインの選び方としたが、他にも駆動用高出力発電機４４や直流電動機３０等の４輪駆動システム構成の特性が変化することもオーバーシュートの原因となりうる。例えば、シフトポジションＤレンジ時に上り坂で車両の重さにより後退するロールバック状態は、モータは通常とは逆に車輪から回され、電動機３０の特性が変化し発電機となる。この場合、駆動用高出力発電機４４と直流電動機３０の双方とも発電機となるので、オーバーシュート量が通常時よりも大きくなる。そのため、ロールバック時は電機子電流の目標値Ｉａｔを通常時よりもオーバーシュート量の増加を考慮した分低く設定する必要がある。なお、ここで示した、ロールバック時以外でも、駆動用高出力発電機４４や直流電動機３０等の４輪駆動システム構成の特性が大きく変化する場合は、その特性に合わせて電機子電流の目標値Ｉａｔの設定を変更してもよいものである。
【００７４】
また、車両が坂道に位置し、電動機に対しては正転させるための電機子電流が流されているにも拘わらず、車両自体が後進して、電動機が逆転状態となる場合（ロールバック状態）がある。このような場合には、前述の逆転時に比べて、さらに、実線Ｉat３で示す逆転時の界磁時限界火花領域よりも低い限界火花領域に、電機子電流目標値Ｉat４を設定する。このことより、発生する火花の号数を４号火花以下に制御でき、ブラシの寿命を確保することができる。
【００７５】
なお、電動機の状態としては、通常状態，低界磁状態，逆転状態，ロールバック状態の他に、直流電動機が巻線界磁形で構成されその界磁電流が低い状態、電動機３０が界磁巻線形ブラシ位置をシフトさせている電動機３０を使用する構成で電動機３０が逆転方向に回転している状態、などの限界火花領域を減少させる状態が重なった場合は、それぞれの影響が重なる為、電機子電流目標値Ｉａｔはそれぞれ単体での限界火花領域より低く設定する。
【００７６】
なお、上記までは、４号火花以下に制御するということにしていたが、ブラシの材料を変更するなど、図１２とは違う電気摩耗量分布となる場合は、３号や５号火花以下など分布にあった範囲で制御してもよいものである。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態によれば、限界火花領域を通常時では図１５、界磁巻線形の電動機３０を構成要素とする際に界磁電流が低い時は図１９、ブラシをシフトした構成の電動機３０を使用した際に電動機３０が逆転方向に回転する時は図２０に示した限界火花領域内で電機子電流の目標値Ｉａｔを決定することで、発生する火花の号数をある値以下に制御でき、その結果ブラシの寿命を向上することができる。
【００７８】
以上のように、本実施形態では、以下のような効果が得られる。
【００７９】
主駆動輪を主駆動源にて駆動し、従動輪をブラシ付きの直流電動機で駆動する４輪駆動車制御装置において、ブラシに発生する火花の号数を制御することで、ブラシの寿命を向上することができる。
【００８０】
また、前記記載の４輪駆動車制御装置において、直流電動機の電機子電流を電動機回転数により決められる電動機電機子電流火花限界制限値以下に制限することで、ブラシの寿命を向上することができる。
【００８１】
次に、前記記載の４輪駆動車制御装置において、直流電動機が巻線界磁形で構成され、その界磁電流が低い場合、直流電動機の電機子電流を電動機の回転数と界磁電流の値により決められる電動機電機子電流火花限界制限値以下に制限することで、ブラシの寿命を向上することができる。
【００８２】
更に、前記記載の４輪駆動車制御装置において、直流電動機のブラシを遅れ側にシフトする構成であり、その直流電動機が逆転側に回転している際、直流電動機の電機子電流を電動機の回転数と界磁電流の値により決められる電動機電機子電流火花限界制限値以下に制限することで、ブラシの寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態による車両駆動装置を用いる４輪駆動車両の全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる駆動用高出力発電機の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるジャンクションボックスの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるデフユニットの構成を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるデフユニットの構成を示す回路図である。
【図７】本発明の一実施形態による車両駆動装置における電力供給及び制御関係の回路構成図である。
【図８】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるブラシ付き直流電動機の概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるブラシ付き直流電動機における火花の発生機構の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるブラシ付き直流電動機における火花の発生機構の説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるブラシ付き直流電動機における火花の発生機構の説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機における火花の発生とブラシの寿命との関係の説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる直流電動機における目標電機子電流値と実際の電機子電流値との関係の説明図である。
【図１４】本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制御内容を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制限処理の内容の説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制限処理の内容の説明図である。
【図１７】本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制限処理の内容の説明図である。
【図１８】本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制限処理の内容の説明図である。
【図１９】本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制限処理の内容の説明図である。
【図２０】本発明の一実施形態による車両駆動装置における電動機電機子電流Ｉａの制限処理の内容の説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０…４輪駆動車
２０…エンジン
２９…前輪車輪速センサ
３０…電動機
３１…電動機界磁巻線
３２…電磁クラッチ
３４…後輪軸
３５…電磁クラッチ巻線
３７…電動機電機子巻線
３７１…電動機ブラシ
３７２…電動機整流子
３９…後輪車輪速センサ
４０…補機用発電機
４４…駆動用高出力発電機
４５…発電機電機子巻線
４７…発電機界磁巻線
４９…電源
５０…エンジンコントロールユニット
５４…アクセル開度センサ
５６，５８…回転センサ
６０…四駆制御回路（４ＷＤＣ／Ｕ）
７１…電流センサ
【図１】
2006166521.tif 000003
【図２】
2006166521.tif 000004
【図３】
2006166521.tif 000005
【図４】
2006166521.tif 000006
【図５】
2006166521.tif 000007
【図６】
2006166521.tif 000008
【図７】
2006166521.tif 000009
【図８】
2006166521.tif 000010
【図９】
2006166521.tif 000011
【図１０】
2006166521.tif 000012
【図１１】
2006166521.tif 000013
【図１２】
2006166521.tif 000014
【図１３】
2006166521.tif 000015
【図１４】
2006166521.tif 000016
【図１５】
2006166521.tif 000017
【図１６】
2006166521.tif 000018
【図１７】
2006166521.tif 000019
【図１８】
2006166521.tif 000020
【図１９】
2006166521.tif 000021
【図２０】
2006166521.tif 000022